第六章智能儀表抗干擾技術(shù)_智能儀表原理與設(shè)計

1、第六章第六章 智能儀表抗智能儀表抗 干擾技術(shù)干擾技術(shù)華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動化系華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動化系6.1 干擾與噪聲源干擾與噪聲源本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：6.2 硬件抗干擾措施硬件抗干擾措施6.3 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)6.1 干擾與噪聲源干擾與噪聲源6.1.0 概述概述6.1.1 串模干擾串模干擾6.1.2 共模干擾共模干擾6.1.3 數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾6.1.4 電源干擾電源干擾干擾來源干擾來源6.1.0 概述概述空間空間(電磁感應(yīng)電磁感應(yīng))傳輸通道傳輸通道 配電系統(tǒng)配電系統(tǒng) 主 機 I / O 電 路 傳 感 執(zhí) 行 器 對 象 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 直 流

2、穩(wěn) 壓 電 源 干 擾 市 電 智 能 儀 表 傳 輸 通 道 6.1.0 概述概述抗干擾措施主要是：抗干擾措施主要是： 盡力盡力切斷來自傳輸通道和配電系統(tǒng)的切斷來自傳輸通道和配電系統(tǒng)的干擾，干擾，并并抑制部分已進(jìn)入儀表的干擾作用。抑制部分已進(jìn)入儀表的干擾作用。干擾分類干擾分類按干擾進(jìn)入儀表的渠道分為：按干擾進(jìn)入儀表的渠道分為：串模干擾串模干擾共模干擾共模干擾數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾電源和地線系統(tǒng)的干擾電源和地線系統(tǒng)的干擾6.1.1串模干擾串模干擾串模干擾：串模干擾：指干擾電壓與有效信號串聯(lián)疊加后作用指干擾電壓與有效信號串聯(lián)疊加后作用到儀表上的干擾，如下圖所示：到儀表上的干擾，如下圖所示：串模

3、干擾的主要來源：串模干擾的主要來源：高壓輸電線高壓輸電線與信號平行敷設(shè)的輸電與信號平行敷設(shè)的輸電線線大電流控制線大電流控制線所產(chǎn)生的空間電磁場所產(chǎn)生的空間電磁場串模干擾示意圖串模干擾示意圖 由于測量控制系統(tǒng)的信號線比較長，由于測量控制系統(tǒng)的信號線比較長，通過電磁通過電磁和靜電耦合在信號線上的感應(yīng)電壓數(shù)值有可能大到和靜電耦合在信號線上的感應(yīng)電壓數(shù)值有可能大到與被測有效信號相同的數(shù)量級，有時比后者還大與被測有效信號相同的數(shù)量級，有時比后者還大；同時，對測量系統(tǒng)來說，由于采樣時間短，同時，對測量系統(tǒng)來說，由于采樣時間短，工頻的工頻的感應(yīng)電壓也相當(dāng)于緩慢變化的干擾電壓感應(yīng)電壓也相當(dāng)于緩慢變化的干擾電壓

4、，這些干擾，這些干擾信號與有效直流信號一起被采樣、放大，造成有效信號與有效直流信號一起被采樣、放大，造成有效信號失真。信號失真。另外：另外：信號源本身固有的漂移、紋波和噪聲，電源信號源本身固有的漂移、紋波和噪聲，電源變壓器不良屏蔽變壓器不良屏蔽 等均可引入串模干擾等均可引入串模干擾6.1.2 共模干擾共模干擾共模干擾：指輸入通道兩個輸入端上共有的干擾電共模干擾：指輸入通道兩個輸入端上共有的干擾電壓，壓，可以是直流，也可以是交流，干擾幅值可達(dá)數(shù)可以是直流，也可以是交流，干擾幅值可達(dá)數(shù)伏甚至更高，取決于現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和儀伏甚至更高，取決于現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和儀表的接地情況。表的接地情況

5、。在測控系統(tǒng)中，檢測元在測控系統(tǒng)中，檢測元件和傳感器分散在現(xiàn)場件和傳感器分散在現(xiàn)場的各個地方，因此，被的各個地方，因此，被測信號的參考地和儀表測信號的參考地和儀表輸入信號的參考地之間輸入信號的參考地之間存在著電位差。如左圖存在著電位差。如左圖所示：所示：共模干擾示意圖共模干擾示意圖對于輸入通道的兩個對于輸入通道的兩個輸入端來說，該電壓輸入端來說，該電壓是兩個輸入端上共有是兩個輸入端上共有的干擾電壓，因此稱的干擾電壓，因此稱共模電壓。共模電壓。信號的兩種輸入方式：信號的兩種輸入方式：單端對地輸入單端對地輸入雙端不對地輸入雙端不對地輸入單端對地輸入：單端對地輸入： Vcm Vs ZS Zi 單端對

6、地輸入示意圖單端對地輸入示意圖存在公模干擾時如存在公模干擾時如果采用單端對地輸果采用單端對地輸入，則共模電壓全入，則共模電壓全部轉(zhuǎn)化為串模干擾部轉(zhuǎn)化為串模干擾電壓進(jìn)入儀表。電壓進(jìn)入儀表。雙端不對地輸入示意圖雙端不對地輸入示意圖 Vcm VS ZS1 Zcm1 Zcm2 ZS2 A B 雙端不對地輸入：雙端不對地輸入：共模干擾電壓共模干擾電壓Vcm在儀表在儀表的輸入端的輸入端A、B端形成的端形成的共模電壓計算如下：共模電壓計算如下：111()cmAcmscmVVZZZ222()cmBcmscmVVZZZ因為：因為：所以可得所以可得VAB121122121122()()cmcmABABcmcmsc

7、mscmcmcmcmscmscmVVVVVZZZZZZZZVZZZZ其中：其中：Zs1、Zs2為信號源內(nèi)阻，為信號源內(nèi)阻，Zcm1、Zcm2為輸入通為輸入通道的輸入阻抗。道的輸入阻抗。 Vcm VS ZS1 Zcm1 Zcm2 ZS2 A B 如果如果Zs1=Zs2 且且Zcm1=Zcm2，則，則VAB=0，不會引入共模，不會引入共模干擾。但該條件很難滿足，一般地，干擾。但該條件很難滿足，一般地， VAB不等于不等于0，也就是說總存在共模干擾電壓。也就是說總存在共模干擾電壓。一般地，共模干擾電壓總是轉(zhuǎn)化成一定的串模干擾一般地，共模干擾電壓總是轉(zhuǎn)化成一定的串模干擾出現(xiàn)在兩個輸入端之間。出現(xiàn)在兩個

8、輸入端之間。121122cmcmABABcmscmscmZZVVVVZZZZ6.1.3 數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾數(shù)字電路的數(shù)字電路的元件和元件之間、導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、元件和元件之間、導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和元件之間、導(dǎo)線與結(jié)構(gòu)件之間存在著分導(dǎo)線和元件之間、導(dǎo)線與結(jié)構(gòu)件之間存在著分布電容。布電容。如果某一導(dǎo)體上的信號電壓（噪聲、如果某一導(dǎo)體上的信號電壓（噪聲、干擾電壓）通過分布電容使其它導(dǎo)體上的電壓干擾電壓）通過分布電容使其它導(dǎo)體上的電壓受到影響，這種現(xiàn)象稱為電容性耦合。受到影響，這種現(xiàn)象稱為電容性耦合。6.1.3 數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾例如布線干擾：例如布線干擾：假設(shè)假設(shè)A A、B B兩導(dǎo)線的兩

9、端均接有門電路，兩導(dǎo)線的兩端均接有門電路，如下圖。當(dāng)門如下圖。當(dāng)門1 1輸出一個方波脈沖，而受感線輸出一個方波脈沖，而受感線(B(B線線) )正處于正處于低電平時，則會對門低電平時，則會對門4 4的輸出產(chǎn)生影響。的輸出產(chǎn)生影響。AB門1門3門2門4CADCABCBDR6.1.3 數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾可以從示波器上觀察到如下圖所示的波形（干擾脈沖）。可以從示波器上觀察到如下圖所示的波形（干擾脈沖）。AB門1門3門2門4CADCABCBDRVAVOHVOLt(a) 門1輸出VBVTVOLt(b) 門4輸入t1VOHVOLt(c) 門4輸出6.1.3 數(shù)字電路干擾數(shù)字電路干擾另外還有：另外還有：

10、電容耦合干擾電容耦合干擾由印刷電路板電源線與地線之間的開關(guān)電流和由印刷電路板電源線與地線之間的開關(guān)電流和阻抗引起的干擾阻抗引起的干擾元器件的熱噪聲元器件的熱噪聲靜電感應(yīng)噪聲靜電感應(yīng)噪聲等等等等6.1.4 電源干擾電源干擾電源干擾主要有以下幾種：電源干擾主要有以下幾種：同一電源系統(tǒng)中的可控硅器件通斷時產(chǎn)生的尖峰，同一電源系統(tǒng)中的可控硅器件通斷時產(chǎn)生的尖峰，通過變壓器的初級與次級間的電容耦合，在直流通過變壓器的初級與次級間的電容耦合，在直流電源中產(chǎn)生干擾。電源中產(chǎn)生干擾。附近的斷電器動作時產(chǎn)生的浪涌電壓，由電源線附近的斷電器動作時產(chǎn)生的浪涌電壓，由電源線通過變壓器的初級與次級間的電容耦合產(chǎn)生的干通

11、過變壓器的初級與次級間的電容耦合產(chǎn)生的干擾。擾。共用同一電源的附近設(shè)備接通或斷開時產(chǎn)生的干共用同一電源的附近設(shè)備接通或斷開時產(chǎn)生的干擾。擾。6.2 硬件抗干擾措施硬件抗干擾措施6.2.1 串模干擾的抑制串模干擾的抑制6.2.2 共模干擾的抑制共模干擾的抑制6.2.3 過程通道的抗干擾過程通道的抗干擾6.2.4 電源與電網(wǎng)干擾的抑制電源與電網(wǎng)干擾的抑制6.2.5 地線系統(tǒng)干擾的抑制地線系統(tǒng)干擾的抑制串模抑制比串模抑制比NMR衡量串模干擾的抑制能力。衡量串模干擾的抑制能力。120lg()nmnmVNMRdBV其中：其中：Vnm串模干擾電壓。串模干擾電壓。 Vnm1儀表輸入端由串模干擾引起的等效差儀

12、表輸入端由串模干擾引起的等效差模電壓。模電壓。(1)串模干擾抑制的基本概念串模干擾抑制的基本概念6.2.1 串模干擾的抑制串模干擾的抑制例如：例如：假設(shè)有效信號的動態(tài)范圍為假設(shè)有效信號的動態(tài)范圍為30mV30mV，要求測量準(zhǔn)確，要求測量準(zhǔn)確度為度為0.1%0.1%，則串模干擾必須被抑制到，則串模干擾必須被抑制到0.03mV0.03mV以下，即以下，即V Vnm1nm10.03mV0.03mV。則應(yīng)做到則應(yīng)做到一般要求一般要求NMR大于等于大于等于4080dB。(1)串模干擾抑制的基本概念串模干擾抑制的基本概念)(6003. 030lg20dBNMR(2) 串模干擾的抑制方法串模干擾的抑制方法采

13、用濾波器，采用濾波器，要求：串模干擾頻率與被測信號頻率要求：串模干擾頻率與被測信號頻率不同。不同。主要采用的濾波器有：主要采用的濾波器有： 高通濾波器：串模干擾頻率高通濾波器：串模干擾頻率被測信號頻率被測信號頻率 帶通濾波器：串模干擾頻率落在被測信號頻率兩側(cè)帶通濾波器：串模干擾頻率落在被測信號頻率兩側(cè) 帶阻濾波器：串模干擾頻率落在被測信號頻率中間帶阻濾波器：串模干擾頻率落在被測信號頻率中間智能儀表中，主要的抗串模干擾措施是利用低通濾波智能儀表中，主要的抗串模干擾措施是利用低通濾波器器常用的低通濾波器有常用的低通濾波器有RC濾波器、濾波器、LC濾波器、雙濾波器、雙T濾濾波器、有源濾波器，見下圖。

14、波器、有源濾波器，見下圖。(a)(b)RCC1LC2RRC2CR/2CR1R2C1C2(c)(d)濾波器原理圖濾波器原理圖RC濾波器濾波器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不需調(diào)整優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不需調(diào)整缺點：缺點：NMR不高，需要不高，需要23級才能達(dá)到需要的級才能達(dá)到需要的NMR指標(biāo)。時間常數(shù)較大，影響放大器的動態(tài)特性。指標(biāo)。時間常數(shù)較大，影響放大器的動態(tài)特性。LC濾波器濾波器優(yōu)點：優(yōu)點：NMR比較高比較高缺點：需要繞制電感，體積大、成本高缺點：需要繞制電感，體積大、成本高雙雙T濾波器濾波器特點：特點：對固定頻率的干擾具有很高的對固定頻率的干擾具有很高的NMR，但偏離該，但偏離該頻率后抑制比

15、迅速減小。頻率后抑制比迅速減小。 主要濾除工頻干擾，對高頻干擾無能為力，調(diào)整主要濾除工頻干擾，對高頻干擾無能為力，調(diào)整麻煩麻煩有源濾波器有源濾波器特點：特點：可獲得較理想的頻率特性，但對儀表輸入級來可獲得較理想的頻率特性，但對儀表輸入級來說，有源器件的共模抑制比不能滿足要求，其本身還說，有源器件的共模抑制比不能滿足要求，其本身還可能帶來較大噪聲?？赡軒磔^大噪聲。儀表的輸入濾波器一般采用儀表的輸入濾波器一般采用2級級RC低通濾波器低通濾波器輸入信號輸入通道75757575500500屏蔽層兩級兩級RC濾波電路濾波電路對于主要來自電磁感應(yīng)的串模干擾，對于主要來自電磁感應(yīng)的串模干擾，盡可能早的盡可

16、能早的對被測信號進(jìn)行前置放大，提高回路中的信噪比；對被測信號進(jìn)行前置放大，提高回路中的信噪比；或者或者盡可能早地完成模盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)轉(zhuǎn)換，或或采取隔離和屏采取隔離和屏蔽措施。蔽措施。從選擇器件（雙積分形從選擇器件（雙積分形A/D）入手，可以采用高）入手，可以采用高抗擾度邏輯器件，通過提高閾值電平抑制低噪聲抗擾度邏輯器件，通過提高閾值電平抑制低噪聲的干擾；采用低速邏輯器件來抑制高頻干擾；人的干擾；采用低速邏輯器件來抑制高頻干擾；人為地通過附加電容器，降低某個邏輯電路的工作為地通過附加電容器，降低某個邏輯電路的工作速度來抑制高頻干擾。速度來抑制高頻干擾。6.2.2 共模干擾的抑制共模

17、干擾的抑制(1)共模干擾抑制的基本概念共模干擾抑制的基本概念共模抑制比共模抑制比CMR衡量共模干擾的抑制能力。衡量共模干擾的抑制能力。120lg()cmcmVCMRdBV其中：其中：Vcm共模干擾電壓。共模干擾電壓。 Vcm1儀表輸入端由共模干擾引起的等效儀表輸入端由共模干擾引起的等效電壓。電壓。(2) 共模干擾的抑制方法共模干擾的抑制方法共模干擾是智能儀表常見的干擾源，常見的抑制共共模干擾是智能儀表常見的干擾源，常見的抑制共模干擾的方法有：模干擾的方法有：采用雙端輸入的運算放大器作為輸入通道的前置放采用雙端輸入的運算放大器作為輸入通道的前置放大器。如下圖：大器。如下圖： Vcm VS ZS1

18、 Zcm1 Zcm2 ZS2 A B 雙端輸入雙端輸入利用變壓器或光電耦合器把利用變壓器或光電耦合器把“模擬地模擬地”與與“數(shù)字地數(shù)字地”隔離開（即把模擬負(fù)載和數(shù)字信號隔離開），被測隔離開（即把模擬負(fù)載和數(shù)字信號隔離開），被測信號通過變壓器或光電耦合器構(gòu)成通路，而共模干信號通過變壓器或光電耦合器構(gòu)成通路，而共模干擾由于不成回路而得到有效的抑制。擾由于不成回路而得到有效的抑制。Vs變壓器或光耦輸入通道輸入隔離輸入隔離采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾：利采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾：利用屏蔽方法使輸入信號的用屏蔽方法使輸入信號的“模擬地模擬地”浮空，達(dá)到抑浮空，達(dá)到抑制共模干擾

19、的目的。制共模干擾的目的。ABRCIcm 1Icm2Z1Z2ZsVsVcm模擬地內(nèi)屏蔽外屏蔽(機 殼 )浮地輸入雙層屏蔽放大器浮地輸入雙層屏蔽放大器 6.2.3 過程通道的抗干擾過程通道的抗干擾過程通道直接與對象相連，是干擾串入的渠道之過程通道直接與對象相連，是干擾串入的渠道之一。一。切斷渠道的方法：切斷渠道的方法：去掉對象與過程通道之間的公去掉對象與過程通道之間的公共地線，實現(xiàn)彼此電隔離以抑制干擾。共地線，實現(xiàn)彼此電隔離以抑制干擾。隔離常采用的器件有：變壓器、光電耦合器隔離常采用的器件有：變壓器、光電耦合器(1)隔離器件隔離器件光電耦合器光電耦合器光電耦合器原理：光電耦合器原理：光電耦合器原

20、理光電耦合器原理光電耦合器具有強抗干擾能力的原因：光電耦合器具有強抗干擾能力的原因：光電耦合器的輸入阻抗很低，而干擾源的內(nèi)阻一般很光電耦合器的輸入阻抗很低，而干擾源的內(nèi)阻一般很大。根據(jù)分壓原理，分到光電耦合器輸入端的噪聲就很大。根據(jù)分壓原理，分到光電耦合器輸入端的噪聲就很小。由于其所提供的能量很小，只能形成很微弱的電流。小。由于其所提供的能量很小，只能形成很微弱的電流。而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管，只有在通過一定而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管，只有在通過一定強度的電流時才能發(fā)光；輸出部分的光敏三極管只在一強度的電流時才能發(fā)光；輸出部分的光敏三極管只在一定光強下才能工作。電壓幅值很高的干擾

21、，由于沒有足定光強下才能工作。電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量不能使二極管發(fā)光，從而得到有效抑制。夠的能量不能使二極管發(fā)光，從而得到有效抑制。輸入回路與輸出回路之間的分布電容很小，絕緣電阻輸入回路與輸出回路之間的分布電容很小，絕緣電阻又非常大，回路一邊的各種干擾噪聲很難通過光電耦合又非常大，回路一邊的各種干擾噪聲很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。器饋送到另一邊去。輸入回路與輸出回路之間是光耦合的，又是在密封條輸入回路與輸出回路之間是光耦合的，又是在密封條件下進(jìn)行的，因此不會受到外界光的干擾。件下進(jìn)行的，因此不會受到外界光的干擾。注意：光電耦合器的輸入部分與輸出部分必須分別注意：光電耦合器

22、的輸入部分與輸出部分必須分別采用獨立的電源，如果兩端共用一個電源，則隔離采用獨立的電源，如果兩端共用一個電源，則隔離作用失去意義。作用失去意義。KR1R2D1D2D3D4C1C2R3RLTTL+5V采用交流電源的開關(guān)量輸入隔離電路采用交流電源的開關(guān)量輸入隔離電路(2)開關(guān)量輸入輸出通道的抗干擾開關(guān)量輸入輸出通道的抗干擾開關(guān)量輸出電路直接控制動力設(shè)備的啟停，由它引入開關(guān)量輸出電路直接控制動力設(shè)備的啟停，由它引入的干擾比較強烈。隔離方式有：的干擾比較強烈。隔離方式有：繼電器隔離：繼電器隔離：繼電器觸點的負(fù)載能力大，能直接驅(qū)動動力回路。繼電器觸點的負(fù)載能力大，能直接驅(qū)動動力回路。采用繼電采用繼電器隔

23、離輸出時，在輸出鎖存器與繼電器之間要使用驅(qū)動器。器隔離輸出時，在輸出鎖存器與繼電器之間要使用驅(qū)動器。繼電器的響應(yīng)延遲時間需要幾十毫秒，因此繼電器的響應(yīng)延遲時間需要幾十毫秒，因此用于對響應(yīng)速度用于對響應(yīng)速度要求不是很高的啟停操作。要求不是很高的啟停操作。光電耦合器隔離：光電耦合器隔離：采用光電耦合器隔離，不需要使用驅(qū)動器，采用光電耦合器隔離，不需要使用驅(qū)動器，使用一般的三態(tài)使用一般的三態(tài)門即可。門即可。光電耦合器的延遲時間較短，光電耦合器的延遲時間較短，用于對啟停操作的響應(yīng)時間要用于對啟停操作的響應(yīng)時間要求很高的輸出控制。求很高的輸出控制。(3)模擬量輸入模擬量輸入/輸出通道的抗干擾輸出通道的抗

24、干擾模擬量模擬量I/O電路與外界的電氣隔離可用安全柵來實電路與外界的電氣隔離可用安全柵來實現(xiàn)。現(xiàn)。它的輸入輸出信號都是標(biāo)準(zhǔn)電信號。經(jīng)過安全柵它的輸入輸出信號都是標(biāo)準(zhǔn)電信號。經(jīng)過安全柵處理后，能夠防止一些故障性的干擾損害智能儀處理后，能夠防止一些故障性的干擾損害智能儀表。但是，一些強電干擾還是會經(jīng)此途徑或其他表。但是，一些強電干擾還是會經(jīng)此途徑或其他的一些途徑，從模擬量輸入、輸出電路竄入系統(tǒng)。的一些途徑，從模擬量輸入、輸出電路竄入系統(tǒng)。所以，所以，一般在設(shè)計智能儀表的輸入、輸出回路時一般在設(shè)計智能儀表的輸入、輸出回路時都要加隔離措施。都要加隔離措施。必須對所有的信號必須對所有的信號(包括數(shù)字量信

25、號、控制信包括數(shù)字量信號、控制信號、狀態(tài)信號號、狀態(tài)信號)全部隔離，使得兩邊沒有任何全部隔離，使得兩邊沒有任何電器上的聯(lián)系。電器上的聯(lián)系。模擬量信號的有效狀態(tài)有無數(shù)個，所以疊加在模擬量模擬量信號的有效狀態(tài)有無數(shù)個，所以疊加在模擬量信號上的任何干擾都有實際意義，都會對儀表產(chǎn)生干信號上的任何干擾都有實際意義，都會對儀表產(chǎn)生干擾。擾。數(shù)字量信號的狀態(tài)只有兩個，因此，疊加在數(shù)字量信數(shù)字量信號的狀態(tài)只有兩個，因此，疊加在數(shù)字量信號上的干擾只有在幅度和寬度都達(dá)到一定量值時才能號上的干擾只有在幅度和寬度都達(dá)到一定量值時才能起到作用。起到作用。這說明抗干擾屏蔽的位置越往外推越好，這說明抗干擾屏蔽的位置越往外推

26、越好，最好能推到模擬量的入、出口處。最好能推到模擬量的入、出口處。理論上：理論上：模擬量輸入通道：模擬量輸入通道：隔離器件應(yīng)設(shè)置在隔離器件應(yīng)設(shè)置在A/D電路模擬量電路模擬量輸入的位置上。輸入的位置上。模擬量輸出通道：模擬量輸出通道：隔離器件應(yīng)設(shè)置在隔離器件應(yīng)設(shè)置在D/A 電路模擬量電路模擬量輸出的位置上。輸出的位置上。光電耦合器件設(shè)置在這兩個位置上，就要求其必須具光電耦合器件設(shè)置在這兩個位置上，就要求其必須具有線性變換和傳輸?shù)奶匦?。但條件不允許。目前用的有線性變換和傳輸?shù)奶匦浴５珬l件不允許。目前用的較多的是邏輯光耦?？垢蓴_屏蔽就應(yīng)該設(shè)置在最先遇較多的是邏輯光耦?？垢蓴_屏蔽就應(yīng)該設(shè)置在最先遇到的

27、開關(guān)信號的工作位置上。到的開關(guān)信號的工作位置上。實際上：實際上：模擬量輸入通道：模擬量輸入通道：光電耦合器件應(yīng)設(shè)置在光電耦合器件應(yīng)設(shè)置在A/D芯片和芯片和模擬多路開關(guān)芯片這兩類電路的數(shù)字信號上。模擬多路開關(guān)芯片這兩類電路的數(shù)字信號上。模擬量輸出通道：模擬量輸出通道：光電耦合器件應(yīng)設(shè)置在光電耦合器件應(yīng)設(shè)置在D/A芯片和芯片和模擬多路開關(guān)芯片的數(shù)字信號上。模擬多路開關(guān)芯片的數(shù)字信號上。下面看幾個模擬量輸入通道的例子。下面看幾個模擬量輸入通道的例子。例：例：4通道模擬量輸入通道的抗干擾電路（通道模擬量輸入通道的抗干擾電路（P176圖圖6-15）DCLKQINT15V5V5V5V5V5V2V5V0.1

28、u470K470K0.1uVccC1C1/R1R1VRVREVo1Vo2VxCLK1CLK2OREOCDUVSSVAG1443386421715131112141618357974LS74PC2PC0PC1PA7PA0815574LS244GND1G2GOUT1OUT2INHIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7( + )( + )( + )( + )( - )( - )( - )( - )+5VAB40528155圖圖 具有具有4 4個模擬量輸入通道的抗干擾個模擬量輸入通道的抗干擾A/DA/D轉(zhuǎn)換電路（于轉(zhuǎn)換電路（于81558155接口）接口）例：例：采用并采用并-串轉(zhuǎn)換技術(shù)，把串

29、轉(zhuǎn)換技術(shù)，把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和必要的標(biāo)志轉(zhuǎn)換結(jié)果和必要的標(biāo)志信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，以串行方式輸入主機，節(jié)省光電耦合信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，以串行方式輸入主機，節(jié)省光電耦合器件。下圖是以器件。下圖是以A/D芯片芯片7135為主的輸入通道與主機為主的輸入通道與主機8031的的連接圖。（連接圖。（P177圖圖6-16）要使用移位寄存器。要使用移位寄存器。7135輸 出85CH4014SELP/SCLK11 1093109QHP/SCLKCH4014QH3+5V+5V+5V+5VP1.6P1.5P1.48031圖圖 輸入通道與輸入通道與80318031串行連接的光電隔離原理圖串行連接的光電隔離原理圖 例例 ：

30、對于串行對于串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，輸入通道就不需要移位寄存轉(zhuǎn)換芯片，輸入通道就不需要移位寄存器了。下圖是串行轉(zhuǎn)換芯片器了。下圖是串行轉(zhuǎn)換芯片MAX186與與8031 連接的輸入通道連接的輸入通道（P178圖圖6-17）+5V+5V+5V+5V+5VMAX186DoutDINSCLKCSP1.2P1.1P1.0P1.38031圖圖 串行串行A/DA/D與主機連接的光電隔離原理圖與主機連接的光電隔離原理圖例例 ：具有具有8通道模擬量輸入的抗干擾通道模擬量輸入的抗干擾D/A轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。（P179圖圖6-19）6.2.4 電源與電網(wǎng)干擾的抑制電源與電網(wǎng)干擾的抑制(1)抑制電網(wǎng)干擾的措施抑制電網(wǎng)干

31、擾的措施采用能抑制交流電源干擾的計算機系統(tǒng)電源采用能抑制交流電源干擾的計算機系統(tǒng)電源 直流穩(wěn)壓器電抗器變阻二極管隔離變壓器保險絲電源抗干擾電源抗干擾以短線向各印刷電路板并行供電以短線向各印刷電路板并行供電 在印刷電路板上的每個在印刷電路板上的每個IC都接入高頻特性好的旁路電容器都接入高頻特性好的旁路電容器 (1)抑制電網(wǎng)干擾的措施抑制電網(wǎng)干擾的措施采用不間斷電源采用不間斷電源UPS 采用開關(guān)式直流穩(wěn)壓器采用開關(guān)式直流穩(wěn)壓器(2)印刷電路板電源開關(guān)噪聲的抑制印刷電路板電源開關(guān)噪聲的抑制減 少 開 關(guān) 噪 聲 的 措 施每 個 IC都 接 入 旁 路 電 容 器GNDVcc電路板的接線狀態(tài)電路板的

32、接線狀態(tài)6.2.5 地線系統(tǒng)干擾的抑制地線系統(tǒng)干擾的抑制 測控系統(tǒng)的干擾與系統(tǒng)的接地有著很大的關(guān)系。測控系統(tǒng)的干擾與系統(tǒng)的接地有著很大的關(guān)系。接地技術(shù)往往是抑制噪聲干擾的重要手段。良好的接地技術(shù)往往是抑制噪聲干擾的重要手段。良好的接地技術(shù)可以在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，接地技術(shù)可以在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反之，若接地不好，可能會導(dǎo)致噪聲耦合，變成干擾之，若接地不好，可能會導(dǎo)致噪聲耦合，變成干擾源。源。接地目的：接地目的：消除各電路電流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓，消除各電路電流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生的

33、噪聲電壓，以及免受電磁場的和地電位差的影響。以及免受電磁場的和地電位差的影響。通常，電器設(shè)備中的通常，電器設(shè)備中的“地地”有兩種含義：有兩種含義：大地：大地：與大地相接，可以提供靜電屏蔽通路，降與大地相接，可以提供靜電屏蔽通路，降低電磁感應(yīng)噪聲。低電磁感應(yīng)噪聲。工作基準(zhǔn)地：工作基準(zhǔn)地：指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體，又稱為指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體，又稱為“系統(tǒng)地系統(tǒng)地”。這種接地是指將各單元、裝置內(nèi)部。這種接地是指將各單元、裝置內(nèi)部各部分電路的信號返回線與基準(zhǔn)導(dǎo)體相連接。各部分電路的信號返回線與基準(zhǔn)導(dǎo)體相連接。目目的是為各部分提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。的是為各部分提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。屏蔽層與公共端接地屏蔽層與公共

34、端接地屏蔽層應(yīng)接到接地一側(cè)的公共端。屏蔽層應(yīng)接到接地一側(cè)的公共端。如當(dāng)一個接地的放大器與如當(dāng)一個接地的放大器與一個不接地的信號源連接時，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大一個不接地的信號源連接時，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接到放大器的公共端，反之應(yīng)接到信號源的公共端。器的公共端，反之應(yīng)接到信號源的公共端。交流地、功率地、信號地要分開交流地、功率地、信號地要分開流過交流地和功率地的電流較大，會造成數(shù)毫伏或數(shù)伏電壓，流過交流地和功率地的電流較大，會造成數(shù)毫伏或數(shù)伏電壓，會嚴(yán)重干擾低電平信號。會嚴(yán)重干擾低電平信號。一點接地和多點接地的使用原則一點接地和多點接地的使用原則 通常，高頻電路應(yīng)就近多點接地，低頻電路應(yīng)一點

35、接地。通常，高頻電路應(yīng)就近多點接地，低頻電路應(yīng)一點接地。 接地應(yīng)注意的問題：接地應(yīng)注意的問題：電纜和接插件的屏蔽電纜和接插件的屏蔽高電平線和低電平線不要走同一條電纜。高電平線和低電平線不要走同一條電纜。高電平線和低電平線不要使用同一接插件。高電平線和低電平線不要使用同一接插件。設(shè)備上進(jìn)出電纜的屏蔽應(yīng)保持完整。設(shè)備上進(jìn)出電纜的屏蔽應(yīng)保持完整。屏蔽地（或機殼地）的接法屏蔽地（或機殼地）的接法隨屏蔽目的的不同而不同。隨屏蔽目的的不同而不同。電場屏蔽電場屏蔽解決分布電容問題，解決分布電容問題，接大地。接大地。電磁屏蔽電磁屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺等的輻射干擾，地線用低阻材主要避免雷達(dá)、電臺等的輻射干擾，地

36、線用低阻材料做成，料做成，可接大地，也可不接?？山哟蟮?，也可不接。磁屏蔽磁屏蔽是防止磁鐵、變壓器等磁感應(yīng)和磁耦合，用高導(dǎo)磁材是防止磁鐵、變壓器等磁感應(yīng)和磁耦合，用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，料使磁路閉合，接大地。接大地。6.3 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)6.3.1 軟件抗干擾概述軟件抗干擾概述6.3.2 指令冗余技術(shù)指令冗余技術(shù)6.3.3 軟件陷阱技術(shù)軟件陷阱技術(shù)6.3.4 WATCHDOG技術(shù)技術(shù)(程序運行監(jiān)視系統(tǒng)程序運行監(jiān)視系統(tǒng))6.3.1 軟件抗干擾概述軟件抗干擾概述 竄入智能儀表中的干擾的頻譜比較寬，并且是隨機的，竄入智能儀表中的干擾的頻譜比較寬，并且是隨機的，采用采用硬件抗干擾技術(shù)措施，

37、只能抑制某些頻率段的干擾，硬件抗干擾技術(shù)措施，只能抑制某些頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入智能儀表。這些干擾仍有一些干擾會侵入智能儀表。這些干擾輕則影響智能儀輕則影響智能儀表的測量與控制精度表的測量與控制精度，比如：疊加在系統(tǒng)被測模擬輸入信，比如：疊加在系統(tǒng)被測模擬輸入信號上的噪聲干擾會導(dǎo)致系統(tǒng)較大的測量誤差。號上的噪聲干擾會導(dǎo)致系統(tǒng)較大的測量誤差。重則使其無重則使其無法工作，法工作， 比如：如果竄入智能儀表的干擾作用于比如：如果竄入智能儀表的干擾作用于CPU部位部位時，會破壞程序計數(shù)器時，會破壞程序計數(shù)器PC的狀態(tài)，導(dǎo)致程序從一個區(qū)域跳的狀態(tài)，導(dǎo)致程序從一個區(qū)域跳轉(zhuǎn)到另一個區(qū)域，或者是程序在

38、地址空間內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個區(qū)域，或者是程序在地址空間內(nèi)“亂飛亂飛”，或，或使程序陷入死循環(huán)，會使智能儀表失控。使程序陷入死循環(huán)，會使智能儀表失控。所以有必要采用所以有必要采用軟件抗干擾技術(shù)。軟件抗干擾技術(shù)。(1)必要性必要性軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)智能儀表受干擾后使其恢復(fù)正常運是當(dāng)智能儀表受干擾后使其恢復(fù)正常運行或當(dāng)輸入信號受干擾后去偽求真的一種行或當(dāng)輸入信號受干擾后去偽求真的一種輔助方法輔助方法。硬件抗干擾是主動措施，軟件抗干擾是被動措施。硬件抗干擾是主動措施，軟件抗干擾是被動措施。(2) 軟件抗干擾技術(shù)的基本概念軟件抗干擾技術(shù)的基本概念設(shè)計靈活，節(jié)省硬件資源。設(shè)計靈活，節(jié)省硬件資源。(3

39、) 軟件抗干擾的優(yōu)點軟件抗干擾的優(yōu)點采用軟件方法抑制疊加在模擬輸入信號上的噪聲采用軟件方法抑制疊加在模擬輸入信號上的噪聲干擾。如數(shù)字濾波技術(shù)。干擾。如數(shù)字濾波技術(shù)。當(dāng)干擾使運行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷當(dāng)干擾使運行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時，采取使程序納入正規(guī)的措施。如入死循環(huán)時，采取使程序納入正規(guī)的措施。如指指令冗余、軟件陷阱以及令冗余、軟件陷阱以及“WATCHDOG”技術(shù)技術(shù)。(4)軟件抗干擾技術(shù)的研究內(nèi)容軟件抗干擾技術(shù)的研究內(nèi)容6.3.2 指令冗余技術(shù)指令冗余技術(shù)操作碼：操作碼：指明指明CPU完成什么樣的操作。完成什么樣的操作。操作數(shù)：操作數(shù)：是操作碼的操作對象。是操作

40、碼的操作對象。單字節(jié)指令：單字節(jié)指令：僅有一個操作碼，隱含操作數(shù)。如：僅有一個操作碼，隱含操作數(shù)。如：RET 雙字節(jié)指令：雙字節(jié)指令：第一個字節(jié)是操作碼，第二個字節(jié)是操作數(shù)。第一個字節(jié)是操作碼，第二個字節(jié)是操作數(shù)。如：如： MOV R1, #data MOV R7, #data3字節(jié)指令：字節(jié)指令：第一個字節(jié)是操作碼，后兩個字節(jié)是操作數(shù)。第一個字節(jié)是操作碼，后兩個字節(jié)是操作數(shù)。如：如： MOV DPTR, #data16 CJNE A, direct, rel(1) 指令冗余技術(shù)概述指令冗余技術(shù)概述51系列單片機的所有指令均不超過系列單片機的所有指令均不超過3個字節(jié)。個字節(jié)。指令由指令由操作碼

41、操作碼和和操作數(shù)操作數(shù)兩部分組成。兩部分組成。完全由取指令的順序決定。完全由取指令的順序決定。 CPU取指令的過取指令的過程是先取操作碼，后取操作數(shù)。程是先取操作碼，后取操作數(shù)。 CPU復(fù)位后，首先取指令的操作碼，然后順序復(fù)位后，首先取指令的操作碼，然后順序取出操作數(shù)。當(dāng)一條完整的指令執(zhí)行完后，緊接著取出操作數(shù)。當(dāng)一條完整的指令執(zhí)行完后，緊接著取下條指令的操作碼、操作數(shù)。一旦取下條指令的操作碼、操作數(shù)。一旦PC因干擾出因干擾出現(xiàn)錯誤，程序就會脫離正常的運行軌道，出現(xiàn)現(xiàn)錯誤，程序就會脫離正常的運行軌道，出現(xiàn)“亂亂飛飛”，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變以及將操作數(shù)當(dāng)作操作，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變以及將操作數(shù)當(dāng)作操

42、作碼的錯誤。碼的錯誤。CPU怎樣區(qū)別某個數(shù)據(jù)是操作碼還是操作數(shù)？怎樣區(qū)別某個數(shù)據(jù)是操作碼還是操作數(shù)？若若“亂飛亂飛”程序在取指令時落到操作數(shù)上，仍將出錯。程序在取指令時落到操作數(shù)上，仍將出錯。 當(dāng)當(dāng)“亂飛亂飛”到到3字節(jié)指令上時，程序納入正軌的概字節(jié)指令上時，程序納入正軌的概率更小，出錯概率更大。率更小，出錯概率更大。當(dāng)程序當(dāng)程序“亂飛亂飛” 到單字節(jié)指令上時，會自動納入正到單字節(jié)指令上時，會自動納入正軌。軌。 當(dāng)當(dāng)“亂飛亂飛” 到雙字節(jié)指令上時，有兩種可能：到雙字節(jié)指令上時，有兩種可能： 若若“亂飛亂飛”程序在取指令時落到操作碼上，則程程序在取指令時落到操作碼上，則程序納入正軌。序納入正軌。

43、指令冗余的定義：指令冗余的定義： 為了使為了使“亂飛亂飛”程序在程序區(qū)迅速納入正軌，在程序在程序區(qū)迅速納入正軌，在程序中應(yīng)多用單字節(jié)指令，在關(guān)鍵的地方人為地插入程序中應(yīng)多用單字節(jié)指令，在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令一些單字節(jié)指令NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫，這，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫，這就是就是指令冗余。指令冗余。在雙字節(jié)指令或在雙字節(jié)指令或3字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)NOP指令，就可保證其后的指令不會因為前面指令的指令，就可保證其后的指令不會因為前面指令的“亂亂飛飛”而繼續(xù)。因為而繼續(xù)。因為“亂飛亂飛”程序即使落到操作數(shù)上程序即使落到操作數(shù)上,在執(zhí)行兩個單字

44、節(jié)空操作指令在執(zhí)行兩個單字節(jié)空操作指令NOP后，也會使程序回后，也會使程序回到正軌。到正軌。 一般在對程序流向起決定作用的指令一般在對程序流向起決定作用的指令（如：（如：RET、ACALL、LJMP、JZ、JC等）等）和某些對系統(tǒng)工作狀和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)態(tài)（如：（如：SETB、EA等）等）起重要作用的指令之前插入起重要作用的指令之前插入兩條兩條NOP指令，確保這些指令正確執(zhí)行。指令，確保這些指令正確執(zhí)行。(1) NOP的用法的用法(2)重要指令冗余重要指令冗余 對那些對程序流向起決定作用的指令對那些對程序流向起決定作用的指令和和那些對那些對系統(tǒng)工作狀態(tài)有重要作用的指令系統(tǒng)工作狀態(tài)有重要作用的

45、指令的后面，可重復(fù)寫這的后面，可重復(fù)寫這些指令，以確保這些指令的正確執(zhí)行。些指令，以確保這些指令的正確執(zhí)行。(3)采用指令冗余技術(shù)的條件采用指令冗余技術(shù)的條件 跑飛的程序必須指向程序運行區(qū)。跑飛的程序必須指向程序運行區(qū)。 執(zhí)行到冗余指令。執(zhí)行到冗余指令。6.3.3 軟件陷阱技術(shù)軟件陷阱技術(shù) 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入程序區(qū)時可以使用指令冗余技當(dāng)亂飛程序進(jìn)入程序區(qū)時可以使用指令冗余技術(shù)，而當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)或表格區(qū)時，使用術(shù)，而當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)或表格區(qū)時，使用指令冗余技術(shù)的條件不滿足，此時可采用指令冗余技術(shù)的條件不滿足，此時可采用軟件陷阱軟件陷阱技術(shù)技術(shù)，攔截亂飛程序，將其迅速引向一，攔截亂飛程序

46、，將其迅速引向一 個指定位置，個指定位置，然后對程序運行出錯進(jìn)行處理。然后對程序運行出錯進(jìn)行處理。(1) 軟件陷阱的基本概念軟件陷阱的基本概念 軟件陷阱是指用引導(dǎo)指令將跑飛的程序強行引軟件陷阱是指用引導(dǎo)指令將跑飛的程序強行引向復(fù)位入口地址向復(fù)位入口地址0000H，再在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT，再在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT處理程序出錯的程序。處理程序出錯的程序。對對51 系列單片機，可利用兩種方法：系列單片機，可利用兩種方法：方法方法軟件陷阱形式軟件陷阱形式 對應(yīng)入口地址對應(yīng)入口地址方法方法1：NOPNOPLJMP 0000H0000H: LJMP MAIN方法方法2：LJMP 0202HLJMP 0000

47、H0000H:LJMP MAIN0202H:LJMP 0000H方法方法1 的機器碼為：的機器碼為：方法方法2 的機器碼為：的機器碼為：0000020000020202020000(2) 軟件陷阱的設(shè)計軟件陷阱的設(shè)計未使用的中斷區(qū)未使用的中斷區(qū)當(dāng)未使用的中斷因干擾而開放時，在對應(yīng)的中斷復(fù)當(dāng)未使用的中斷因干擾而開放時，在對應(yīng)的中斷復(fù)務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時捕捉到錯誤的中務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時捕捉到錯誤的中斷。斷。在中斷服務(wù)程序中要注意：返回指令可用在中斷服務(wù)程序中要注意：返回指令可用RETI，也，也可用可用LJMP。例如：假設(shè)程序跑飛到了未使用的中斷區(qū)例如：假設(shè)程序跑飛到了未使用的

48、中斷區(qū)NOPNOPPOP direct1; 將斷點彈出堆棧區(qū)將斷點彈出堆棧區(qū)POP direct2LJMP 0000H; 轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到0000H處處中斷服務(wù)程序可為：中斷服務(wù)程序可為：NOPNOPPOP direct1; 將原斷點彈出堆棧區(qū)將原斷點彈出堆棧區(qū)POP direct2PUSH 00H; 斷點地址改為斷點地址改為0000HPUSH 00HRETI中斷服務(wù)程序也可為：中斷服務(wù)程序也可為：中斷程序中的中斷程序中的direct1、direct2為主程序中非使用單為主程序中非使用單元。元。未使用的未使用的EPROM空間空間 智能儀表中使用的智能儀表中使用的EPROM空間很少能夠全部空間很少能夠全

49、部用完。這些非程序區(qū)可用用完。這些非程序區(qū)可用000020000或或020202020000數(shù)據(jù)填滿。當(dāng)跑飛的程序進(jìn)入該區(qū)后，便會迅速自數(shù)據(jù)填滿。當(dāng)跑飛的程序進(jìn)入該區(qū)后，便會迅速自動入軌。動入軌。非非EPROM芯片空間芯片空間一般來說，系統(tǒng)中除了一般來說，系統(tǒng)中除了EPROM芯片占用的地址空間芯片占用的地址空間外，還會余下大量的地址空間。外，還會余下大量的地址空間。例如：假設(shè)例如：假設(shè)51 系列單片機構(gòu)成的系統(tǒng)選用了一片系列單片機構(gòu)成的系統(tǒng)選用了一片2764作為外部存儲器，其地址空間為作為外部存儲器，其地址空間為8k字節(jié)，還有字節(jié)，還有56 k地址空間閑置。地址空間閑置。當(dāng)當(dāng)PC跑飛到這些閑置

50、的地址空間時，讀入的數(shù)據(jù)為跑飛到這些閑置的地址空間時，讀入的數(shù)據(jù)為FFH，這是，這是“MOV R7, A”指令的機器碼，此代碼的指令的機器碼，此代碼的執(zhí)行會修改寄存器執(zhí)行會修改寄存器R7的內(nèi)容。因此，當(dāng)程序跑飛到非的內(nèi)容。因此，當(dāng)程序跑飛到非EPROM芯片區(qū)域后，會破壞芯片區(qū)域后，會破壞R7的內(nèi)容。此時可采用的內(nèi)容。此時可采用下面的邏輯接法加軟件陷阱來實現(xiàn)。下面的邏輯接法加軟件陷阱來實現(xiàn)。 INT0 (8031) Y0 。 。 A13 A B C 74LS138 A14 A15 CS 2764 OE 1 PSEN 1 74LS08 74LS08是一個四二與門。是一個四二與門。EPROM芯片地址

51、空間為芯片地址空間為0000H1FFFH，由譯碼器，由譯碼器74LS138中的中的Y0為片選信號。為片選信號。空間空間2000HFFFFH為非應(yīng)用空間，當(dāng)為非應(yīng)用空間，當(dāng)PC落入此空間時，落入此空間時， Y0為為高電平。高電平。當(dāng)執(zhí)行取指令操作時，當(dāng)執(zhí)行取指令操作時，PSEN為低，從而引起中斷。為低，從而引起中斷。然后在中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，可將跑飛的程序迅速然后在中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，可將跑飛的程序迅速拉入正軌。拉入正軌。 當(dāng)當(dāng)PC亂飛落入空間亂飛落入空間2000HFFFFH時，選通時，選通另外一片芯片，讀入數(shù)據(jù)另外一片芯片，讀入數(shù)據(jù)020202H，此為一條轉(zhuǎn)，此為一條轉(zhuǎn)移指令，

52、使移指令，使PC轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入0202H入口，在主程序入口，在主程序0202H設(shè)有出錯處理程序。設(shè)有出錯處理程序。運行程序區(qū)運行程序區(qū)當(dāng)程序在程序區(qū)亂飛時可用指令冗余技術(shù)解決，其當(dāng)程序在程序區(qū)亂飛時可用指令冗余技術(shù)解決，其它的也可用軟件陷阱技術(shù)解決。它的也可用軟件陷阱技術(shù)解決。陷阱指令分散地放置在用戶指令各模塊之間空余的陷阱指令分散地放置在用戶指令各模塊之間空余的單元里。程序正常運行時不執(zhí)行這些陷阱指令，但單元里。程序正常運行時不執(zhí)行這些陷阱指令，但當(dāng)因干擾而跑飛的程序一旦落入這些陷阱區(qū)，就可當(dāng)因干擾而跑飛的程序一旦落入這些陷阱區(qū)，就可將跑飛的程序迅速拉到正確軌道。將跑飛的程序迅速拉到正確軌道。中斷

53、服務(wù)程序區(qū)中斷服務(wù)程序區(qū)設(shè)用戶程序運行區(qū)間為設(shè)用戶程序運行區(qū)間為ADD1ADD2，并設(shè)定時器產(chǎn)，并設(shè)定時器產(chǎn)生生20ms的定時中斷。的定時中斷。當(dāng)程序跑飛落入當(dāng)程序跑飛落入ADD1ADD2區(qū)間外，如果在此用戶區(qū)間外，如果在此用戶程序區(qū)外發(fā)生了定時中斷，可以在中斷服務(wù)程序中判程序區(qū)外發(fā)生了定時中斷，可以在中斷服務(wù)程序中判定中斷斷點地址定中斷斷點地址ADDX，設(shè)置軟件陷阱。，設(shè)置軟件陷阱。若：若：ADD1ADDXADD2，則程序運行正常；，則程序運行正常； ADDXADD2，說明程序發(fā)生亂飛，則應(yīng)，說明程序發(fā)生亂飛，則應(yīng)使程序回到復(fù)位入口地址使程序回到復(fù)位入口地址0000H，使亂飛的程序回到正軌。

54、，使亂飛的程序回到正軌。假設(shè)假設(shè) ADD1=0110H，ADD2=1100H，2FH為斷點地址高字節(jié)暫為斷點地址高字節(jié)暫存單元，存單元，2EH為斷點地址低字節(jié)暫存單元。則中斷服務(wù)程序如為斷點地址低字節(jié)暫存單元。則中斷服務(wù)程序如下：下：POP 2FH；斷點地址彈入；斷點地址彈入2FH,2EHPOP 2EHPUSH 2EH; 恢復(fù)斷點恢復(fù)斷點PUSH 2FHCLR C； 斷點地址與下限地址斷點地址與下限地址0110H比較比較MOV A, 2EHSUBB A, #10HMOV A, 2FHSUBB A, #01HJC ERR ；斷點小于；斷點小于0110H則轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)MOV A, #00H；斷點地址與上

55、限地址；斷點地址與上限地址1100H比較比較SUBB A, 2EHMOV A, #11HSUBB A, 2FHJC ERR ；斷點大于；斷點大于1100H則轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn) ；中斷處理內(nèi)容；中斷處理內(nèi)容RETI ；正常返回；正常返回POP 2FH ;修改斷點地址修改斷點地址POP 2EHPUSH 00H ；故障后斷點改為；故障后斷點改為0000HPUSH 00HRETI ;故障返回故障返回ERR:RAM數(shù)據(jù)保存的條件陷阱數(shù)據(jù)保存的條件陷阱單片機外的單片機外的RAM用來保存大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用來保存大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)寫入用的指令是寫入用的指令是“MOVX DPTR, A”。當(dāng)。當(dāng)CPU受受到干擾而非法

56、執(zhí)行該指令時，就會改寫到干擾而非法執(zhí)行該指令時，就會改寫RAM中的中的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)，導(dǎo)致RAM 中數(shù)據(jù)的丟失。為了避免這類事中數(shù)據(jù)的丟失。為了避免這類事件的發(fā)生，在件的發(fā)生，在RAM 寫操作指令前加入條件陷阱，寫操作指令前加入條件陷阱，不滿足條件時不允許寫，并進(jìn)入陷阱以保護(hù)數(shù)據(jù)。不滿足條件時不允許寫，并進(jìn)入陷阱以保護(hù)數(shù)據(jù)。例如：例如：要將數(shù)據(jù)要將數(shù)據(jù)NNH寫入寫入RAM單元單元2ED1H中，可編中，可編寫如下程序：寫如下程序：MOV A, #NNHMOV DPTR, #2ED1HMOV 6EH, #55HMOV 6FH, #66HLCALL DAWPNOPNOPCJNE 6EH, #55H,

57、 XJ; 6EH中不為中不為55H則不允許則不允許 寫，并落入死循環(huán)寫，并落入死循環(huán)CJNE 6FH, #66H, XJMOVX DPTR, ADAWP:NOPNOP MOV 6EH, #00HMOV 6FH, #00HRETNOP ;死循環(huán)死循環(huán)NOPSJMP XJXJ:讓程序落入死循環(huán)使軟件陷阱解決程序亂飛的方讓程序落入死循環(huán)使軟件陷阱解決程序亂飛的方法之一。法之一。6.3.4 WATCHDOG技術(shù)技術(shù)(程序運行監(jiān)視系統(tǒng)程序運行監(jiān)視系統(tǒng))當(dāng)程序當(dāng)程序“跑飛跑飛”到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，指令到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，指令冗余和軟件陷阱技術(shù)都無能為力了，智能儀表將完全冗余和軟件陷阱技術(shù)都

58、無能為力了，智能儀表將完全癱瘓。癱瘓?？衫萌斯?fù)位按鈕采用人工復(fù)位擺脫死循環(huán)?？衫萌斯?fù)位按鈕采用人工復(fù)位擺脫死循環(huán)。操作著不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng)操作著不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng)即使監(jiān)視著儀表，也是在已經(jīng)引起不良后果之后才即使監(jiān)視著儀表，也是在已經(jīng)引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位進(jìn)行人工復(fù)位可以讓儀表自己監(jiān)視自己的運行情況嗎？可以讓儀表自己監(jiān)視自己的運行情況嗎？利用利用WATCHDOG技術(shù)。技術(shù)。本身能獨立工作，基本上不依賴于本身能獨立工作，基本上不依賴于CPU。CPU隔一固定時間和該系統(tǒng)打一次交道，以表明系隔一固定時間和該系統(tǒng)打一次交道，以表明系統(tǒng)統(tǒng)“目前運行正常目前運行正?！薄．?dāng)當(dāng)CPU掉入死循

59、環(huán)后，能及時發(fā)覺并使系統(tǒng)復(fù)位。掉入死循環(huán)后，能及時發(fā)覺并使系統(tǒng)復(fù)位。(1) WATCHDOG技術(shù)特性技術(shù)特性 在增強型在增強型51系列單片機中，已經(jīng)設(shè)計了利用系列單片機中，已經(jīng)設(shè)計了利用WATCHDOG的硬件電路，普通型的硬件電路，普通型51系列單片機中沒有設(shè)置，必須由用戶自系列單片機中沒有設(shè)置，必須由用戶自己建立。己建立。 要達(dá)到要達(dá)到WATCHDOG的真正目標(biāo)，必須有硬件部分，它完的真正目標(biāo)，必須有硬件部分，它完全獨立于全獨立于CPU之外。之外。如果為了簡化硬件電路，沒有硬件部分，如果為了簡化硬件電路，沒有硬件部分，也可用軟件也可用軟件WATCHDOG技術(shù)（可靠性稍差）。技術(shù)（可靠性稍差）

60、。(2) 硬件硬件WATCHDOG 硬件硬件WATCHDOG的硬件部分是一獨立于的硬件部分是一獨立于CPU之之外的單穩(wěn)部件，可用單穩(wěn)電路構(gòu)成，也可用自帶脈沖外的單穩(wěn)部件，可用單穩(wěn)電路構(gòu)成，也可用自帶脈沖源的計數(shù)器構(gòu)成。源的計數(shù)器構(gòu)成。 CPU正常工作時，每隔一段時間就輸出一個脈沖，正常工作時，每隔一段時間就輸出一個脈沖，將單穩(wěn)系統(tǒng)觸發(fā)到暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間設(shè)計將單穩(wěn)系統(tǒng)觸發(fā)到暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間設(shè)計得比得比CPU的觸發(fā)周期長時，單穩(wěn)系統(tǒng)就不能回到穩(wěn)態(tài)。的觸發(fā)周期長時，單穩(wěn)系統(tǒng)就不能回到穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)當(dāng)CPU陷入死循環(huán)后，再也不能去觸發(fā)單穩(wěn)系統(tǒng)陷入死循環(huán)后，再也不能去觸發(fā)單穩(wěn)系統(tǒng)了，單穩(wěn)